關于智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

王曉東

摘 要：監(jiān)控系統(tǒng)是智能變電站中的重要組成部分，關系到變電站的安全可靠運行。然而監(jiān)控系統(tǒng)往往因電磁干擾影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，給變電站運行帶來潛在安全隱患。文章主要針對智能變電站的功能特點、系統(tǒng)結構、安全分區(qū)、設備配置及發(fā)展趨勢進行分析。

關鍵詞：智能變電站；監(jiān)控系統(tǒng)；功能特點

引言

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)采用IEC 61850標準與間隔層設備通信，具備良好的可視化展示和便捷的人機操作界面，要實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)的快速處理和歷史數(shù)據(jù)的海量存儲功能，還要實現(xiàn)網(wǎng)關機的規(guī)約轉(zhuǎn)換功能。監(jiān)控系統(tǒng)通過這些基本功能配置，實現(xiàn)對站內(nèi)一、二次設備的實時監(jiān)視和可靠操作控制，并支持調(diào)度主站對站內(nèi)的監(jiān)視控制。

1 智能變電站功能特點

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)對全站設備的運行參數(shù)進行采集、測量，并對運行狀態(tài)進行監(jiān)視和記錄，對變電站主要一次設備如斷路器和隔離開關，當變電站的主要設備或輸、配電線路發(fā)生故障時，能及時記錄和提供故障信息，將采集到的數(shù)據(jù)通過先進的網(wǎng)絡通信技術及時上送至調(diào)度主站并執(zhí)行調(diào)度主站下達的命令，監(jiān)控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分類及處理、數(shù)據(jù)存儲、輔助分析決策、優(yōu)化控制、安全監(jiān)控、操作與控制、人機聯(lián)系、系統(tǒng)維護、同步對時等功能模塊組成。

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)除完成常規(guī)變電站監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集功能外，還將視頻、在線監(jiān)測、環(huán)境檢測等各種子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行有機的結合，并在此基礎上滿足電網(wǎng)實時在線分析和控制決策以及運行狀態(tài)可視化的要求，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)不僅是變電站智能化實現(xiàn)的關鍵，也是調(diào)度中心和生產(chǎn)管理等主要系統(tǒng)實現(xiàn)各項高級應用的基礎。

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要是指變電站智能化系統(tǒng)的站控層，與傳統(tǒng)變電站相比，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)具備以下特點：（1）高度集成系統(tǒng)設備；（2）全面遵循IEC 61850標準；（3）廣泛采用高級應用功能。

2 監(jiān)控系統(tǒng)結構

智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)通過系統(tǒng)集成優(yōu)化和信息共享，實現(xiàn)電網(wǎng)和設備運行信息、狀態(tài)監(jiān)測信息、輔助設備監(jiān)測信息、計量信息等變電站信息的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一存儲和統(tǒng)一管理，實現(xiàn)智能變電站運行監(jiān)視、操作和控制、綜合信息分析與智能告警、運行管理和輔助應用等功能，并為調(diào)度生產(chǎn)等主站系統(tǒng)提供統(tǒng)一的變電站操作和訪問服務。

通過IEC 61850標準，智能變電站采用分層結構，包括過程層、間隔層、站控層，各層之間通過網(wǎng)絡連接。過程層包括變壓器、斷路器、隔離開關、互感器等一次設備及其所屬的智能組件以及獨立的智能電子設備，實現(xiàn)電測量信息和設備狀態(tài)信息的采集和傳遞，接受并執(zhí)行各種操作與控制命令。一次設備不屬于監(jiān)控系統(tǒng)，過程層與站控層無直接聯(lián)系。站控層包括自動化站及監(jiān)視控制系統(tǒng)、站域控制、通信系統(tǒng)、對時系統(tǒng)等，實習面向全站設備的監(jiān)視、控制、告警及信息交互功能。實現(xiàn)站內(nèi)人機交互、變電站與調(diào)度信息交互的功能。站控層功能宜高度集成，可在一臺計算機或嵌入式裝置上實現(xiàn)，也可分布在多套計算機或嵌入式裝置中。間隔層實現(xiàn)或支持實現(xiàn)測量、控制、保護、計量、監(jiān)測等功能。間隔層設備主要包括測控裝置、繼電保護裝置、計量表計、智能高壓設備的監(jiān)測主TED等二次設備。間隔層設備實現(xiàn)使用一個間隔的數(shù)據(jù)并且作用于改間隔一次設備的功能。從三層設備各自特點看，過程層、間隔層設備強調(diào)高可靠性，功能相對單一，一般采用嵌入式裝置。智能變電站一般具備站控層網(wǎng)絡和過程層網(wǎng)絡。網(wǎng)絡采用高速以太網(wǎng)，通信標準符合IEC61850。

3 監(jiān)控系統(tǒng)分區(qū)

智能變電站是電力網(wǎng)絡的重要一環(huán)，為保證電力網(wǎng)絡安全，智能變電站也必須遵循電力二次系統(tǒng)安全防護的總體原則。實現(xiàn)“安全分區(qū)、網(wǎng)絡專用、橫向隔離、縱向加密”。

變電站結構從橫向來看，存在不同的安全分區(qū)，原則上劃分為控制大區(qū)和管理信息大區(qū)。生產(chǎn)控制大區(qū)分為控制區(qū)和非控制區(qū)。分別成為安全I區(qū)和安全II區(qū)，二管理大區(qū)分為III/IV區(qū)。變電站的業(yè)務系統(tǒng)的安全分區(qū)對應于調(diào)度主站業(yè)務系統(tǒng)的安全分區(qū)。

在安全I區(qū)中，監(jiān)控主機采集電網(wǎng)運行和設備工況等實時數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析和處理后進行統(tǒng)一展示、統(tǒng)一存儲。I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機通過直采直送的方式來實現(xiàn)與調(diào)度中心的實時數(shù)據(jù)傳輸，并提供運行數(shù)據(jù)瀏覽服務。

在安全II區(qū)中，綜合應用服務器與輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測和輔助設備進行通信，采集電源、計量、消防、安防、環(huán)境監(jiān)測信息，經(jīng)過分析和處理后進行可視化展示。II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機與調(diào)度中心進行信息交互，提供信息查詢和遠程瀏覽服務。

綜合應用服務器通過正向隔離裝置向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機發(fā)布信息，并由III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機傳輸給III/IV區(qū)的生產(chǎn)管理系統(tǒng)等其他主站系統(tǒng)。

4 監(jiān)控系統(tǒng)設備配置

綜合應用服務器通過正向隔離裝置向III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機發(fā)布信息，并由III/IV區(qū)數(shù)，智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)主要由站控層設備組成，包括監(jiān)控主機、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機、PMU數(shù)據(jù)集中器、綜合應用服務器、占用時間同步裝置等。

（1）監(jiān)控主機實現(xiàn)變電站的SCADA功能。（2）數(shù)據(jù)服務器用于變電站數(shù)據(jù)的集中存儲，為站控層設備和應用提供數(shù)據(jù)訪問服務。存儲數(shù)據(jù)主要包括歷史采樣數(shù)據(jù)、事件記錄、錄波文件等。（3）綜合應用服務器，接收站內(nèi)一次設備在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、站內(nèi)復雜應用信息、設備基礎信息等，進行集中處理、分析和展示，是安全II區(qū)的設備。（4）I區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機：直接采用站內(nèi)數(shù)據(jù)，通過專用通道向調(diào)度中心傳送實時信息，同時接收調(diào)度中心的操作與控制命令。（5）II區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機：實現(xiàn)變電站告警信息向調(diào)度主站的直接傳輸，同時支持調(diào)度主站對變電站的圖形調(diào)閱和遠程瀏覽。（6）III/IV區(qū)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)關機：實現(xiàn)與PMS、輸變電設備狀態(tài)監(jiān)測等其他主站系統(tǒng)的信息傳輸。（7）操作員站。站內(nèi)進行監(jiān)視的主要人機界面，實現(xiàn)對全站一、二次設備的實時監(jiān)視和操作控制，具有事件記錄及報警狀態(tài)顯示、畫面曲線報表展示等功能，具備事件查詢、設備狀態(tài)和參數(shù)查詢、操作控制等功能。（8）工程師站。實現(xiàn)智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)的配置、維護和管理。（9）“五防”工作站。進行“五防”規(guī)則管理，閉鎖不正確的遙控操作。（10）保護信息管理子站：集成站內(nèi)保護裝置信息，能夠存儲保護故障錄波信息，具備修改保護裝置的保護定值、切換運行定值區(qū)的功能。（11）圖形網(wǎng)關機：實現(xiàn)智能變電站的告警直傳與遠程瀏覽功能。（12）PMU集中器：用于站端PMU數(shù)據(jù)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的通信裝置。（13）站用時間同步系統(tǒng)：為全站所有設備提供統(tǒng)一的時間同步信號，應采用GPS和北斗系統(tǒng)雙對時源。

5 結束語

計算機性能的提高和智能變電站監(jiān)控系統(tǒng)一體化技術的發(fā)展，使得實際智能變電站建設時，站控層設備可進行功能集成，減少設備數(shù)量，即智能變電站設備的發(fā)展趨勢是集成化。

參考文獻

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